基于單片機(jī)的大功率太陽能LED路燈設(shè)計(jì)與仿真

1、引言

LED作為第四代照明光源，正以其獨(dú)有的優(yōu)越性在城市美化、道路照明、庭院照明、室內(nèi)照明以及其他各領(lǐng)域中得到越來越廣的應(yīng)用。尤其在偏遠(yuǎn)無電地區(qū)，太陽能照明燈具以其不可阻擋的優(yōu)勢得到迅速的推廣應(yīng)用。某作者對LED燈中的太陽能電池板的安裝、控制器的功能、鉛蓄電池的安置和恒流驅(qū)動電路等進(jìn)行了探討，但沒有給出控制器等關(guān)鍵電路的設(shè)計(jì)和仿真。另一些作者從光源設(shè)計(jì)、驅(qū)動電路設(shè)計(jì)和散熱設(shè)計(jì)3方面說明了LED路燈設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的原則，但使用的電路沒有實(shí)現(xiàn)智能化，無法進(jìn)行程序控制。

本文設(shè)計(jì)和仿真了一基于AT89C52單片機(jī)智能控制的，功率約為40W太陽能LED路燈。它采用了雙電源供電模式，具備光控和時(shí)控功能，抗干擾能力較強(qiáng)。文中主要介紹了太陽能LED路燈發(fā)光面板的設(shè)計(jì)、太陽能電池與蓄電池的選擇，同時(shí)詳細(xì)分析和討論了路燈各部分的電路設(shè)計(jì)及工作原理，并應(yīng)用Protues和keil軟件對LED路燈的充電電路、升壓電路和控制電路進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)指標(biāo)一致。

2、太陽能LED路燈硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件組成

太陽能LED路燈系統(tǒng)主要由太陽能電池組件、LED燈具、燈桿和控制箱(內(nèi)有充電器、控制器、蓄電池等等)四部分構(gòu)成。本文設(shè)計(jì)的太陽能LED路燈總功率約為40W.電路的結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。從中可以看出，該系統(tǒng)采用的是雙電源供電。系統(tǒng)電路主要由太陽能電池、蓄電池、充電電路、升壓電路、控制電路、電LED驅(qū)動電路和LED陣列組成。

圖1 太陽能LED路燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 LED工作原理與電路設(shè)計(jì)

LED具有對電壓敏感的特性，本設(shè)計(jì)選用的是杭科電子公司制造的型號為HKP2D1W1的30顆的白光LED.從圖2(A)所示的LED特性曲線圖可知，當(dāng)正向電壓達(dá)到314V以后只要稍微改變順向電壓，正向電流就會有很大的變化。為了得到預(yù)期的亮度并且避免正向電流超過LED的最高額定電流，因此本文采用的LED驅(qū)動方式為電流驅(qū)動。

LED陣列采用5行6列的形式，電路如圖2(B)所示。LED選用同一公司同一批次的產(chǎn)品，這樣可以認(rèn)為每顆LED的特性基本相同的。因此流過每一列LED的電流均為350mA，也就是該一型號的LED的典型工作電流。系統(tǒng)的照明功率約為40W，光通量約為1200lm.

圖2 LED特性曲線及整列圖